火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的研究_杨敏.pdf

清 洗 世 界Cleaning World专论与综述专论与综述专论与综述专论与综述第39卷第3期2023年3月0 引言氮氧化物的危害性极强，不仅会对人体健康产生危害，还会在一定条件下引发酸雨、臭氧等污染。而火电厂锅炉，作为排放量较大的氮氧化物排放源，需要积极响应国家出台的污染防控政策，采取一系列脱硫脱硝工艺技术，保证污染物排放安全。为此，笔者将提出多种烟气脱硫脱硝协同控制手段，提高氮氧化物与二氧化硫等污染物的脱除效率，保证人体健康，实现生态平衡。1 火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的开发价值烟气脱硫脱硝协同控制技术可以理解为，在同一反应区，将烟气中的污染物进行同时脱除，与传统的选择性催化还原以及选择性非催化还原相比，设备更加精简，基建投资较少，能够保证运行管理更加高效，因此得到了更多人的青睐。同时，烟气脱硫脱硝协同控制技术的结构较为紧凑，所采用的高效催化剂更加方便，无论是对反应温度的控制，还是对停留时间的控制，都更加便捷，且符合我国国情，具有极高的推广价值。2 国内外火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术分析本文将主要围绕最典型的几种烟气脱硫脱硝协同控制技术完成分析讨论。2.1 干式烟气脱硫脱硝协同控制技术（1）固相吸收。固相吸收是指采用固体催化剂与烟气内的二氧化硫与氮氧化物完成反应，之后，从吸收剂中实现硫元素与氮元素的释放处理，这样不仅可以保证吸收剂的循环利用，也有利于将回收后的硫完成二次处理，进而获取元素硫等副产物。至于氮组分则要借助循环处理至锅炉的方法，进一步分解为氮气与水，该工艺采用的吸收剂主要为活性炭以及硅胶，具体实施方法可分为以下几种。第一，活性炭脱硫脱硝。此类工艺的主要组成部分包括吸附、硫回收等，活性炭会在重力的影响下，从吸收塔的第 2 段降至第 1 段底部，而烟气自下而上进行流动，第 1 段的二氧化硫会被活性炭吸附生成副 2 产物，而在第 2 段活性炭则充当催化剂，能够与氨气融合，使烟气内的氮氧化物还原为氮气与水，至于吸收了硫酸的活性炭则会被再次投入到再生器中，在高温加热下使二氧化硫被解析出来。之后再还原为单质硫。该工艺能够保证二氧化硫与作者简介：杨敏（1981-），男，工程师，从事大气污染治理的研究。收稿日期：2022-12-06。文章编号：1671-8909（2023）3-0069-003火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的研究杨 敏（杭州汇东环境工程有限公司，浙江 杭州 310012）摘要：本文将围绕火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的开发价值，完成分析讨论，并进一步阐述处于开发及应用阶段的相关技术，以此找出更适合我国应用的烟气脱硫脱硝协同控制工艺，确保污染物的有效防控。虽然现阶段相关技术仍不够成熟，但只要专家人员加大开发力度，积极完善专用设备研发，必然能保证氮氧化物和二氧化硫排放达标。关键词：火电厂；脱硫脱硝协同控制技术；燃煤锅炉中图分类号：X773 文献标识码：A70第 3 期清 洗 世 界氮氧化物的脱除率达到 98%以及 82%以上。工艺的优点在于还能够有效脱除粉尘、有毒物质等，且无需烟气的二次加热，能够产生元素硫等副产品，但也存在以下不足之处，即：二氧化硫吸收时需要消耗大量活性炭，反应成本较高，吸收塔与解析塔的间隔距离较大，加大了活性炭的损坏几率，并且喷射氮还会大幅度强化活性炭的黏附力，最终造成塔内气流分布不均。第二，金属氧化物脱硫脱硝。可以理解为利用载体上的金属氧化物与二氧化硫和氧气完成反应，以此生成硫酸盐，该反应生成物能够作为催化剂，达到脱硫脱硝的目的。同时，金属硫酸盐还能和甲烷进行还原反应，以此生成金属硫化物，该物质的作用在于能够在烟气中进一步氧化生成金属氧化物，可以用于二次脱硫脱硝。该工艺中对氧化铜同时脱硫脱硝工艺的研究相对深入，将三氧化二铝作为载体，能够保证 90%以上的二氧化硫脱除率以及 80%左右的氮氧化物脱除率。但该工艺至今为止仍未实施工业化发展，究其原因在于，金属氧化物在吸收还原时，物化性能会不断减少，最终失去作用，且载体长期处于二氧化硫气体中，会进一步降低含氧化硫的吸附效果，虽然脱硫脱硝反应可以在同一反应器中完成，但处理相对复杂。第三，NOxSOx 脱硫脱硝工艺。该工艺流程为，锅炉烟气经过一级电（袋式）除尘设备除尘后，进入流化床反应塔中，此时污染物会吸附在含有铝质吸收剂的碳酸钠粉末上，再进入二级电（袋式）除尘设备除尘，而净化后的烟气则会从烟囱中完成排放，直至吸收剂吸收至一定饱和度后，便需要移至再生器，开展再生处理，并且吸收剂可以被空气加热，从而将污染物释放出来，至于携带污染物的热风则会返回锅炉燃烧室，达到烟气再循环的目的，而被吸附的二氧化硫也会在高温条件下，与甲烷一同反应生成二氧化硫、硫化氢等气体。上述气体在经过转换器后，便会形成单质硫。该工艺的脱硫效率达到 90%，氮氧化物的净化效率达到 70%，相较于上述工艺来说，NOxSOx 脱硫脱硝工艺的优势在于，硫资源回收率偏高，更适合用于高硫燃煤锅炉的烟气处理。但该技术需要采用的设备体积较为庞大，投资金额较高，因此仍停留在试验阶段。（2）高能电子活化氧化。高能电子活化氧化工艺可细分为以下两种。一是电子束法，是指借助电子加速器，形成高能等离子体，实现烟气中氮氧化物、二氧化硫等污染物的氧化，当污染物被高能电子氧化后，会与水蒸气进一步反应形成硝酸以及硫酸，之后与氨发生二次反应，得到硝酸铵以及硫酸，最终经烟囱排入到大气中。该工艺的优势在于，具有极高的脱硫脱硝效率，能够利用调节电子束剂量的方式，进行脱硫率的控制，且操作流程相对简易，只需采用冷却塔、加速器等设备便可完成污染物的去除。同时，全过程属于干法操作，不会产生废渣，副产品也能用作化肥，但也存在所需氨气吸收电子束剂量相对较大，系统耗电较高的不足之处。二是脉冲电晕法，是指借助高压脉冲电源发电，以此代替传统的加速器电子束，脉冲电晕法的反应原理与电子束基本一致，该方法可以借助高压电源产生等离子体，形成高能电子，相较于电子束法，其投资资金可以减少 40%，也不会形成二次污染，可以在超窄脉冲作用时间内，实现电子的加速处理，同时也不会产生粒子未被加速的情况。因此，脉冲电晕法的节能效果更佳，也能起到一定的除尘效果，但同样也存在能耗高，脉冲电源性能有待改善的不足之处。该方法现阶段仍属于试验阶段，无法实现大范围推广的原因在于，反应过程中，许多氨气尚未完全反应，便随着废气流出，且副产品难以有效回收，容易形成二次污染。（3）吸收剂喷射。吸附剂喷射法是指将粉末状物质喷入到烟道以及洗涤塔中，之后在一定条件下可以实现二氧化硫与氮氧化物的同时脱除，吸收剂喷射技术的脱硝率由污染物的反应温度以及吸附剂的停留时间决定，可将该方法分为以下两种类型。一是 LILAC 工艺。是指将飞灰化合物作为吸收剂，依照一定比例完成粉煤灰与循环灰的混合处理，再将其喷入管道内，使吸收剂能够与二氧化硫以及氮氧化物充分接触，发生反应。该方法的脱硝率大约在 80%左右，脱硝率能达到 40%。LILAC工艺的系统较为简单，投资费用较低，占地面积较小，无需实现烟温调整，也能实现吸收剂与污染物的反应。二是 SNRB 技术。该技术是指在脉冲喷射式除尘室中，高温布袋室处于空气预热器以及省煤装置之间，在室内上游，喷入钠基吸附剂用于去除二氧化硫，并使用纤维过滤布袋。而圆柱形的催化剂，则又被包裹在布袋室中，氮气能够在氮氧化物的催化作用下，与氨一同被脱除。SNRB 技术对锅炉的运行效果无任何影响，同时还具有占地面积相对较小的优势，能够保持较高的脱硫脱效率，也不会腐71第 39 卷杨 敏.火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的研究蚀尾部烟道，可以在低出口烟温下实现运行，但SNRB 技术的经济性相对较低。2.2 湿法烟气脱硫脱硝协同控制技术现阶段火电厂对于湿法脱硫工艺的应用相对成熟，经验较为丰富，能够保证极高的脱硫效率，但由于氮氧化物本身的溶解度较低，若想在脱硫的同时，完成脱硝处理，便需要在气段以及液段将 NO进一步氧化为 NO2、N2O5等，也可借助提高 NO溶解度的方式来进行氧化处理。现阶段该工艺技术可分为以下几种类型。（1）强氧化剂氧化。强氧化剂氧化法依照工艺特点可分为以下几种：第一，强氯酸氧化技术。是指借助氧化吸收塔，通过氧化剂完成一氧化氮与二氧化硫的氧化处理，利用碱式吸收塔为后续工艺提供碱液等吸收剂，完成酸性气体的吸收。该工艺的特点在于，对入口烟气浓度要求不严格，相较于传统的选择性催化还原以及选择性非催化还原工艺，可以更好地实现大范围氮氧化物的脱除，且操作温度较低，能够对有毒微量金属元素保持极高的脱除率，具有良好的适用性，但也存在酸液储存难度较高，容易出现设备腐蚀的问题。第二，过氧化氢氧化工艺。与上述工艺相比，需要优先将过氧化氢喷入到烟道内，完成一氧化氮的氧化，之后借助湿法脱硫浆液完成吸收。该方法现阶段仍处于试验阶段，二氧化硫容易破坏过氧化氢的氧化效果，如何有效降低二氧化碳与一氧化氮之间的摩尔比，如何提升氮氧化物的脱除效率，降低工程投资，仍有待进一步解决。（2）络合吸收。氮氧化物本身在水中的溶解度相对较低，而络合吸收工艺可以在碱性溶液中适当添加亚铁离子，从而达到生成氨基磷酸亚铁的目的。此类物质可以有效吸收氧化氮，形成螯合物，且一氧化氮也能与溶解的氧气以及二氧化硫进一步反应形成氮气以及硫酸盐，之后从吸收液中脱除螯合物，进一步还原为亚铁螯合物。该工艺同样处于试验阶段，之所以无法完成有效推广，其原因在于，反应过程中会出现一定的螯合物损失，且金属螯合物的再生效率较低，存在运行费用较高的问题。（3）尿素法。在经过电（袋式）除尘处理后，需要采用吸收塔将烟气吸入，使其与尿素充分反应，使氮氧化物进一步还原为氮气，而尿素则在反应后会生成氮、二氧化碳与水。至于二氧化硫，则会与尿素反应形成硫酸铵，烟气在经过除雾处理后，便可排入到大气当中。而吸收后的尾液流，则会流入循环沉淀池，实现沉淀分离，分离后的上清液会通入到蒸发浓缩系统中，而成渣则会通过灰渣泵流入到灰渣池中完成二次分离。根据实际调查显示，现阶段我国研究人员利用在尿素中添加氧化钙、漂白剂等方式，能够进一步提高脱硫效率以及脱硝效率，我国已将尿素法的示范工程在多个锅炉净化项目中实现了应用，根据调查显示，脱硫效率可达 95%，而脱硝效率则在 50%90%之间，该方法的工艺流程相对简单，设备较为简易，无需较多的操作人员维护，相对便捷，且投资费用较低，具有极高的应用价值。3 结论综上所述，通过对火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术的开发价值实施分析讨论，提出固相吸收、高能电子活化氧化、吸收剂喷射等干式烟气脱硫脱硝协同控制技术，以及强氧化剂氧化、络合吸收、尿素法等湿法烟气脱硫脱硝协同控制技术，以此解决以往采用的选择性非催化还原以及选择性催化还原技术存在的投资高、运行费用大等问题，保证运行管理便捷，进一步提高脱硫脱硝效率。参考文献：1 郭胜龙.火电机组锅炉及脱硫脱硝系统动态特性分析 J.设备管理与维修，2022(18):127-128.2 彭建喜，李大力，盛鹏飞.高效除尘脱硫脱硝一体机处理工艺在环保领域的研究和应用 J.煤炭加工与综合利用，2022(08):77-80.3 陶君，谷小兵，王鸿宇，等.模拟烟气卤素改性稻壳焦喷射脱汞试验 J.洁净煤技术，2021,27(6):186-192.4 张胜梅.燃煤锅炉的烟气治理和脱硫脱硝技术探究J.中国资源综合利用，2022,40(08):128-130.5 李小刚，何天，姚鸿波.锅炉烟气热能深度利用及离子交换法脱硫脱硝一体化工程应用研究 J.南方金属，2022(04):30-34.6 高惠雅，郑航麟.锅炉烟气脱硫脱硝综合治理技术分析 J.资源节约与环保，2019(04):40.7 彭战领.锅炉烟气脱硫脱硝系统运行问题及处理措施 J.化工设计通讯，2017,43(05):70-71.8 徐铁华，王龙.基于尿素法的火电厂锅炉烟气脱硫脱氮技术 J.通讯世界，2016,288(05):106-107.